(57)【要約】【課題】スループットを低下させることなく、突発的に重ね合わせずれが生じたウエーハを露光工程で確実に検出することができる露光システムおよび露光方法を提供する。【解決手段】配列誤差計測部２１は、基板上に既形成の特定のレイヤに属するショットの配列誤差を計測する。要素成分算出部２２は、計測された配列誤差を複数の要素成分に分解する。変動幅算出部２３は、複数の基板に対して求められた少なくとも１つの上記要素成分、好ましくは直交度成分とスケーリング成分の変動幅を算出する。比較部３は算出された要素成分の変動幅と当該要素成分に対して予め設定された変動許容幅とを比較し、その比較結果を出力する。そして、比較部３から出力された比較結果に基づいて、判定部４が露光処理異常の有無を判定する。これにより、露光工程において、突発的な重ね合わせずれが生じたロットを検出することができる。【選択図】図１
2007324199.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスクに形成されたパターンをステップアンドリピート方式により基板上に転写する露光システムにおいて、
基板上に既形成の特定のレイヤに属するショットの配列誤差を計測する手段と、
計測された配列誤差に基づいて、当該配列誤差を構成する複数の要素成分を算出する手段と、
複数の基板に対してそれぞれ算出された少なくとも１つの前記要素成分の変動幅を算出する手段と、
算出された要素成分の変動幅と当該要素成分に対して予め設定された変動許容幅とを比較する手段と、
前記比較の結果に基づいて露光処理異常の有無を判定する手段と、
を有することを特徴とする、露光システム。
【請求項２】
前記複数の要素成分は、
前記特定レイヤの各ショットが、前記基板上に設定された直交座標系の原点を基準点として、当該直交座標系の原点を通過する直線に応じたずれ量で配置ずれを生じる直交度成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を基準点として線形伸縮した配置ずれを生じるスケーリング成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を基準点として平行移動した配置ずれを生じるオフセット成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を中心として回転した配置ずれを生じるローテーション成分と、
を含む請求項１記載の露光システム。
【請求項３】
マスクに形成されたパターンをステップアンドリピート方式により基板上に転写する露光システムに適用される露光方法であって、
同一ロットに属する複数枚の基板上に既形成の、特定のレイヤに属するショットの配列誤差を基板ごとに計測するステップと、
前記計測された各配列誤差に基づいて、当該配列誤差を構成する複数の要素成分を基板ごとに算出するステップと、
前記各基板に対してそれぞれ算出された少なくとも１つの前記要素成分の変動幅を算出するステップと、
算出された要素成分の変動幅と当該要素成分に対して予め設定された変動許容幅とを比較するステップと、
前記比較結果に基づいて、露光処理異常の有無を判定するステップと、
を有することを特徴とする、露光方法。
【請求項４】
前記複数の要素成分は、
前記特定レイヤの各ショットが、前記基板上に設定された直交座標系の原点を基準点として、当該直交座標系の原点を通過する直線に応じたずれ量で配置ずれを生じる直交度成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を基準点として線形伸縮した配置ずれを生じるスケーリング成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を基準点として平行移動した配置ずれを生じるオフセット成分と、
前記特定レイヤの各ショットが、前記原点を中心として回転した配置ずれを生じるローテーション成分と、
を含む請求項３記載の露光方法。
【請求項５】
前記直交度成分の変動幅が予め設定された変動許容幅以上、かつ前記スケーリング成分の変動幅が予め設定された変動許容幅以上であるとき、露光処理異常有と判定する請求項４記載の露光方法。
【請求項６】
露光処理異常有と判定された場合、当該ロットに対する露光処理を中止する請求項３記載の露光方法。
【請求項７】
露光処理異常有と判定された場合、異常有との判定がなされた露光処理を当該ロットに対して改めて実施する請求項３記載の露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置等の製造工程において、被加工体にパターンを転写する露光システムおよび露光方法に関し、特に、ステップアンドリピート方式によりロット単位で露光処理を行う露光システムおよび露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路等の半導体装置の製造プロセスにおける露光工程では、素子パターンの微細化に伴い、下層の素子パターンに上層の素子パターンを重ね合わせるアライメントの精度を高めることが要求されている。当該アライメントは、ウエーハ上に既に形成されているパターンレイヤのショット（露光単位）の配列状態を計測し、露光を行おうとするパターンレイヤのショット位置を、ウエーハ上のパターンレイヤの配列状態に合わせることにより行われる。このようなアライメントを可能とするために、ウエーハ上のパターンレイヤに属する各ショットにはウエーハアライメントマーク（以下、単にアライメントマークという。）が形成されている。
【０００３】
上記アライメントの方法として、ダイバイダイアライメントやグローバルアライメントがよく知られている。ダイバイダイアライメントは、ウエーハ上に既に形成されている特定のパターンレイヤに属するショットごとに、露光を行おうとするショットのアライメントを行う手法である。すなわち、ダイバイダイアライメントを採用する露光装置は、まず、露光を行おうとするショットに対応する上記特定パターンレイヤのショットに形成されているアライメントマークの座標を計測する。その計測結果に基づいて、露光装置は露光を行おうとするショットのウエーハ上の位置を決定する。一方、グローバルアライメントは、ウエーハ上に既に形成されている特定のパターンレイヤに属する全ショットの中から選択された複数個の特定ショットの配列状態に基づいてアライメントを行う手法である。すなわち、グローバルアライメントを採用する露光装置は、まず、上記特定ショットに形成されているアライメントマークの座標を計測する。その計測結果に基づいて露光装置はウエーハ上の全ショットの配列状態を予測する。その予想結果に基づいて、露光装置は露光を行おうとするショットのウエーハ上の位置を決定する。このときウエーハ上で選択される特定ショットの数は、プロセスの種類や露光対象となるパターンレイヤの種類に依存する露光精度、および要求されるアライメント精度によって異なるため一概にはいえないが、８点から１２点程度であることが多い。
【０００４】
グローバルアライメントは、アライメントマークの計測点数が少ないため、ダイバイダイアライメントに比べて短時間でアライメントを行うことができる。また、グローバルアライメントのアライメント精度は、ダイバイダイアライメントに比べると原理的に劣るが、実用上問題のない精度である。このため、半導体装置を量産する製造工程で使用されている露光装置は、主としてグローバルアライメントを採用している。
【０００５】
ところで、半導体装置を量産する露光工程では、作業効率向上のためウエーハは所定枚数（例えば２５枚や５０枚等）のロット単位で処理される。このようなロット処理では、露光装置は当該ロットに属する１枚目のウエーハに対して決定された処理条件によりロット内の全ウエーハを処理する。しかしながら、同一ロットに属する各ウエーハを同一の処理条件で露光しているにもかかわらず、グローバルアライメントを採用する露光装置では、上層パターンレイヤと下層パターンレイヤのパターン重ね合わせが規格外れとなるウエーハが突発的に発生する。
【０００６】
露光工程完了後には、パターンが正常に形成されたか否かを確認するため、パターンの重ね合わせ精度が計測される。しかしながら、パターンの重ね合わせ精度の測定には多大な時間を要するため、ロット処理では、ロットに属する１枚のウエーハに対して重ね合わせ精度の計測を行い、当該測定結果が規格内にあればロット内の全ウエーハが規格内にあると看做している。この場合、突発的に発生した規格外れのウエーハは露光工程の段階では検出されず、ウエーハが完成した後に実施される電気特性検査ではじめて重ね合わせ精度不良に起因する品質不良が検出される。このように、完成後に不良が検出されたウエーハは修復を行うことができないため廃棄せざるを得ない。
【０００７】
例えば、後掲の特許文献１には、このようなロット処理における不良ロットを、露光工程において検出する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術では、露光工程において、ウエーハに対する所定の処理エラーをその種類を判別しつつ検出する。そして、同一ロット内のウエーハに対して、同一種類の処理エラーが所定の基準枚数以上連続して発生した場合に、未処理のウエーハを含めて当該ロット全体の処理を中止するというものである。
【特許文献１】特開平１０−１２５５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述の突発的に生じる重ね合わせずれは、正常に露光処理がなされたウエーハにおいても発生する。すなわち、突発的な重ね合わせずれは処理エラーとして検出されないのである。このため、特許文献１に開示された技術を適用した場合であっても、同一種の処理エラーが連続的に検出されないため、突発的な重ね合わせずれが生じたウエーハを含むロットの露光処理を中止することができない。したがって、突発的な重ね合わせずれが発生したウエーハを含むロットは次工程へ進行し、最終的に不良ウエーハとなる。
【０００９】
このような突発的な重ね合わせずれは、露光工程後に、全ウエーハに対してパターンの重ね合わせ精度を計測することで検出可能である。しかしながら、全ウエーハに対して重ね合わせ精度を計測するには多大な時間が必要であり、製造工程のスループットが大幅に低下する。このようなスループットの低下は、製造コストを増大させてしまう。露光工程のスループットを向上させるため、アライメントの際に、アライメントマークの計測点数を減らすこともある。この場合、上記ロット内の突発的な重ね合わせずれの発生数がより増大してしまう。
【００１０】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、スループットを低下させることなく、突発的な重ね合わせずれが生じたウエーハを露光工程において確実に検出することができる露光システムおよび露光方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用している。まず、本発明に係る露光システムは、マスクに形成されたパターンをステップアンドリピート方式により基板上に転写する露光システムである。そして、本発明に係る露光システムは、配列誤差計測部、要素成分算出部、変動幅算出部、比較部、および判定部を備える。配列誤差計測部は、基板上に既形成の特定のレイヤに属するショットの配列誤差を計測する。要素成分算出部は、計測された配列誤差を複数の要素成分に分解する。変動幅算出部は、複数の基板に対して求められた少なくとも１つの上記要素成分の変動幅を算出する。比較部は、算出された要素成分の変動幅と当該要素成分に対して予め設定された変動許容幅とを比較し、比較結果を出力する。そして、比較部から出力された比較結果に基づいて、判定部が露光処理異常の有無を判定する。
【００１２】
本構成によれば、突発的に重ね合わせずれが発生したウエーハを含むロットを、要素成分の変動幅が許容幅以上であるロットとして検出することができる。また、露光処理異常の検出に使用する各要素成分は、露光工程においてアライメントを行うために必ず取得するデータである。このため、露光工程のスループットを著しく低下させることなく、露光処理異常を確実に検出することができる。
【００１３】
例えば、上記要素成分として、直交度成分、スケーリング成分、オフセット成分、およびローテーション成分を採用することができる。ここで、直交度成分は、基板上に設定された直交座標系の原点を基準点として、当該直交座標系の原点を通過する直線に応じたずれ量で配置ずれを生じる成分である。スケーリング成分は、各ショットが、上記直交座標系の原点を基準点として線形伸縮した配置ずれを生じる成分である。オフセット成分は、各ショットが、上記直交座標系の原点を基準点として平行移動した配置ずれを生じる成分である。さらに、ローテーション成分は、各ショットが上記直交座標系の原点を中心として回転した配置ずれを生じる成分である。
【００１４】
一方、他の観点では、本発明は、上述の露光システム等に適用可能な露光方法を提供することもできる。すなわち、本発明に係る露光方法は、まず、同一ロットに属する複数枚の基板上に既形成の、特定のレイヤに属するショットの配列誤差を基板ごとに計測する。次いで、計測された各配列誤差に基づいて、当該配列誤差を構成する複数の要素成分を基板ごとに算出する。さらに、各基板に対してそれぞれ算出された少なくとも１つの要素成分に基づいて、その変動幅を算出する。算出された要素成分の変動幅と当該要素成分に対して予め設定された変動許容幅とを比較し、当該比較結果に基づいて露光処理異常の有無を判定する。
【００１５】
なお、上記要素成分として、直交度成分、スケーリング成分、オフセット成分、およびローテーション成分を採用することができる。この場合、直交度成分の変動およびスケーリング成分の変動幅がそれぞれ変動許容幅以上であるときに露光処理異常があったと判定してもよい。また、露光処理異常であると判定された場合、当該ロットの露光処理を中止する、あるいは当該ロットに対して、露光処理異常と判定された露光処理を改めて実施する等の処理を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、全ウエーハに対して重ね合わせ精度の測定を行うことなく、突発的な重ね合わせずれが発生したウエーハを含むロットを検出することができる。したがって、スループットを著しく低下させることなく、露光処理異常を確実に検出することができる。
【００１７】
また、露光工程において、露光処理異常を確実に検出することができるため、ロットを再処理することにより、露光処理異常を解消することができる。この結果、従来、特性不良ウエーハとして破棄されていたウエーハを再生でき、工程良品率を改善することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、グローバルアライメントを採用したステップアンドリピート方式の露光装置を含む露光システムとして本発明を具体化している。
【００１９】
図１は、本実施形態の露光装置システムを示す概略ブロック図である。図１に示すように、本実施形態の露光システム１は、半導体基板（以下、ウエーハという。）上にパターンを転写するための露光を行う露光装置２を備える。露光装置２はグローバルアライメントにより、ウエーハ上に既に形成されている特定のパターンレイヤ（以下、下層レイヤという。）に対して、露光を行おうとするパターンレイヤ（以下、上層レイヤという。）に属するショットのアライメントを行う。
【００２０】
アライメントを行う場合、まず、露光装置２の配列誤差計測部２１が、下層レイヤに属する複数個の特定ショットに形成されたアライメントマークの座標を計測する。当該座標に基づいて、配列誤差計測部２１は、下層レイヤのショット配列と当該下層レイヤのショットの設計配列との配置ずれ（以下、配列誤差という。）を算出する。なお、アライメントマークの座標計測はレーザ等を用いた公知の手法により行われる。
【００２１】
当該配列誤差は、露光装置２の要素成分算出部２２において以下に示すような単純で規則的な要素成分に分解される。図２（ａ）〜図２（ｄ）は、要素成分算出部２２が算出する要素成分の一例を示す図である。本実施形態では、上記配列誤差は、図２（ａ）に示す直交度成分、図２（ｂ）に示すスケーリング成分、図２（ｃ）に示すオフセット成分、および図２（ｄ）に示すローテーション成分からなる線形成分、並びに図示しない非線形成分の各要素成分に分解される。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）では、ウエーハ１４のノッチ１６基準とした設計配列１０を実線で示し、各要素成分のみからなる配置ずれが生じたショット配列１２を破線で示している。また、図２（ａ）〜図２（ｄ）中の矢印１３は、設計配列１０を基準としたショット配列１２の配置ずれの方向を示している。
【００２２】
図２（ａ）に示すように、直交度成分は、各ショットがウエーハ１４上に設定された直交座標系の原点を基準点として、当該直交座標系の原点を通過する直線Ｌに応じたずれ量で配置ずれを生じる成分である。スケーリング成分は、図２（ｂ）に示すように、上記直交座標系の原点を基準点として各ショットが線形伸縮した配置ずれを生じる成分である。オフセット成分は、図２（ｃ）に示すように、上記直交座標系の原点を基準点として各ショットが平行移動した配置ずれを生じる成分である。そしてローテーション成分は、図２（ｄ）に示すように、上記直交座標系の原点を中心として各ショットが回転した配置ずれを生じる成分である。なお、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示した線形成分のいずれにも属さない成分が非線形成分となる。非線形成分は、２次以上の高次のずれ成分であるので図示していない。
【００２３】
なお、このような配列誤差は、露光後に発生するウエーハの歪みおよび露光装置の個体差（同一構造、同一機種の露光装置間のアライメント特性差）等が原因となって生じる。ウエーハの歪みは、例えば、露光後に熱処理等が行われたときのウエーハの膨張や、ウエーハ上に形成された各種の膜応力によるウエーハのそり等に起因する。
【００２４】
上述の各要素成分は露光装置２において、ウエーハが載置されるステージの駆動制御を行う露光制御部２４に入力され、ウエーハ１４上に上層レイヤのショットを露光する際に、当該要素成分（主として上記４種類の線形成分）に基づく位置補正が行われる。これにより、露光装置２は、下層レイヤと上層レイヤとを高精度に重ね合わせた露光を行うことができる。
【００２５】
また、本実施形態の露光システム１では、露光装置２が変動幅算出部２３を備える。変動幅算出部２３は、後に詳述するように、取得した上記配列誤差の要素成分のうち少なくとも１つの要素成分についてロット内レンジを算出する。ここでロット内レンジとは、同一ロットに属するウエーハについて算出された各要素成分の最大値と最小値との差である。変動幅算出部２３から出力されたロット内レンジは、比較部３に入力される。そして、比較部３が出力する信号に基づいて、判定部４が当該ロットに突発的な重ね合わせずれが発生したウエーハが存在するか否かを判定する。
【００２６】
図３は、本実施形態の露光システム１における１ロットの処理を示すフロー図である。以上の構成の露光システム１は、ロット化されたウエーハ群を処理する場合、上述の手法により下層レイヤに対して上層レイヤのショットのアライメントを行った後、露光を行う。このとき、同一ロットに属する各ウエーハに対する処理条件（ウエーハ上に形成されるフォトレジストの形成条件や露光時間等）は同一であるが、各ウエーハに対するアライメントはウエーハごとに行われる。
【００２７】
各ウエーハの露光を行う際、配列誤差計測部２１は、まず下層レイヤの配列誤差を複数個の特定ショットに形成されているアライメントマークの座標に基づいて計測する（図３  Ｓ１）。要素成分算出部２２は、当該配列誤差を、上述の５種類の要素成分、すなわち、直交度成分、スケーリング成分、オフセット成分、ローテーション成分、非線形成分に分解する（図３  Ｓ２）。そして、露光制御部２４は、算出された各要素成分に応じた量だけ上層レイヤのショット位置を補正することにより、下層レイヤのショット配列に応じた露光を行う（図３  Ｓ３）。露光が完了すると、露光済のウエーハが露光装置２から搬出され、同一ロットに属する次ウエーハが露光装置２に搬入される（図３  Ｓ４Ｙｅｓ）。搬入された次ウエーハに対しても、配列誤差計測、要素成分算出、および露光処理が行われる。
【００２８】
ロットに属する全ウエーハに対して露光処理が完了すると、変動幅演算部２３が要素成分算出部２２により算出された要素成分のロット内レンジを算出する（図３  Ｓ４Ｎｏ→Ｓ５）。特に限定されるものではないが、本実施形態の露光システム１では、変動幅算出部２３は、直交度成分のロット内レンジＲｏとスケーリング成分のロット内レンジＲｓのみを算出している。算出された直交度成分ロット内レンジＲｏは比較部３の直交度成分比較部３１に入力され、スケーリング成分ロット内レンジＲｓはスケーリング成分比較部３２にそれぞれ入力される。
【００２９】
直交度成分比較部３１は、直交度成分ロット内レンジＲｏが入力されると、ハードディスク等により構成された記憶部３３より直交度成分ロット内レンジの規格値Ｒａを読み出す。直交度成分比較部３１は、直交度成分ロット内レンジＲｏと記憶部３３から読み出した規格値Ｒａとを比較する（図３  Ｓ６）。そして、直交度成分ロット内レンジＲｏが規格値Ｒａ以上である場合、直交度成分比較部３１は、例えば、論理信号「１」等の判定部４が認識可能な検出信号Ｓａを出力する（図３  Ｓ６Ｙｅｓ）。
【００３０】
同様に、スケーリング成分比較部３２は、スケーリング成分ロット内レンジＲｓが入力されると、記憶部３３よりスケーリング成分ロット内レンジの規格値Ｒｂを読み出す。スケーリング成分比較部３２は、スケーリングロット内レンジＲｓと記憶部３３から読み出した規格値Ｒｂとを比較する（図３  Ｓ７）。そして、スケーリング成分ロット内レンジＲｓが規格値Ｒｂ以上である場合、スケーリング成分比較部３２は、例えば、論理信号「１」等の判定部４が認識可能な検出信号Ｓｂを出力する（図３  Ｓ７Ｙｅｓ）。
【００３１】
なお、規格値Ｒａ、Ｒｂは、上層レイヤのパターンと下層レイヤのパターンとの重ね合わせずれが、半導体装置が不良とならない所定の許容値として予め記憶部３３に設定される。規格値Ｒａ、Ｒｂは、例えば、多数のロットに対して求められた各要素成分の値に基づいて決定することができる。
【００３２】
また、図１に示すように、直交度成分レンジ比較部３１およびスケーリング成分比較部３２の出力信号は、判定部４に入力されている。判定部４は、検出信号Ｓａ、Ｓｂが同時に出力されたか否かを検知する。検出信号Ｓａ、Ｓｂが同時に出力された場合、判定部４は、ロット内に重ね合わせずれウエーハが存在する（露光処理異常）と判定し、例えば、論理信号「１」等の露光装置２が認識可能な判定信号Ｊを出力する（図３  Ｓ８）。
【００３３】
判定部４の出力は、露光装置２の露光制御部２４に入力される。判定信号Ｊが入力されると、露光制御部２４は、そのロットに属する全ウエーハに対して、再処理を行う。すなわち、当該露光処理を最初からやり直す。この場合、ロットに属する全ウエーハ上の露光済みのフォトレジストが除去され、全ウエーハ上に、再度フォトレジストが塗布される。
【００３４】
また、検出信号Ｓａが出力されなかった場合（図３  Ｓ６Ｎｏ）、並びに検出信号Ｓｂのみが出力された場合（図３  Ｓ７Ｎｏ）には、判定部４は判定信号Ｊを出力しない。この場合、露光工程を終了し当該ロットが次工程へ進められる。なお、検出信号Ｓａが出力されなかった場合（図３  Ｓ６Ｎｏ）には、検出信号Ｓｂが出力されなかった場合が含まれてることはいうまでもない。
【００３５】
なお、以上の構成において、要素成分算出部２２、変動幅算出部２３、比較部３（直交度成分比較部３１およびスケーリング成分比較部３２）、および判定部４は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとＲＡＭやＲＯＭ等のメモリとを備えたハードウエア、および当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウエア等として実現可能である。
【００３６】
以下、上記構成により、突発的な重ね合わせずれを検出できる理由を詳述する。
【００３７】
本発明者らが突発的な重ね合わせずれが生じる原因を検討したところ、その主要因は配列誤差の誤計測であることが判明した。誤計測は、下層レイヤのショットの配列誤差を、配列誤差計測手段２１が異常に大きくあるいは異常に小さく計測することである。すなわち、誤計測された配列誤差に基づいて上層レイヤに属するショットのアライメントが行われた場合、露光装置２は、誤った下層レイヤのショット配列に合わせて上層レイヤのショットのアライメントを行う。このため、下層レイヤと上層レイヤとの間に重ね合わせずれが生じるのである。したがって、下層レイヤの配列誤差の誤計測を検出することにより、突発的な重ね合わせずれを検出することができる。
【００３８】
また、上述のように、同一ロットに属する各ウエーハは、露光工程を含む各工程において同一の処理条件で処理される。このため、製造工程中で生じるウエーハの歪み等は、同一ロットに属する各ウエーハでは一定の傾向を有する状態で発生する。したがって、同一ロット内に属するウエーハに対して、露光装置２が計測した下層レイヤのショット配列の配列誤差も一定の傾向を有する。すなわち、同一ロットに属する他のウエーハの配列誤差から逸脱する配列誤差が計測されたウエーハは、誤計測である可能性が極めて高いことになる。上述のように、同一ロットに属するウエーハの配列誤差の変動幅であるロット内レンジを監視し、所定のロット内レンジ規格値と比較することにより、他のウエーハの配列誤差から逸脱した配列誤差を検出することができる。したがって、各要素成分のロット内レンジを監視することにより、突発的な重ね合わせずれが生じたウエーハを検出することができるのである。この観点では、上記５種類の要素成分のロット内レンジにおいて、少なくともその１つが各要素成分に対して設定された規格値を超える場合に、突発的な重ね合わせずれを生じたウエーハがロット内に存在すると判断すればよい。
【００３９】
しかしながら、５種類の要素成分のロット内レンジにそれぞれ規格値を設定することは煩雑である。そこで、本願発明者らは、実際に製造した多数のロットにおいて発生した突発的な重ね合わせずれと、種々の判定基準を実験的に検討した結果、より好ましい突発的な重ね合わせずれの検出方法を見いだした。すなわち、誤計測が発生した際の値の変動が、特に顕著に現れる特定の要素成分が存在するのである。したがって、上記５種類の要素成分のうち、その特定要素成分のロット内レンジのみを監視することで、突発的な重ね合わせずれを検出することができる。発明者らが実験的に検討した結果では、直交度成分とスケーリング成分が特に敏感に変動することが確認できた。また、本実施形態では、直交度成分のロット内レンジとスケーリング成分のロット内レンジが共に規格値以上である場合に、ロット内に突発的な重ね合わせずれが発生したウエーハが存在すると判定している。このように、一方の要素成分ではなく両方の要素成分が規格値以上になることを判定基準とすることで、より確実に突発的な重ね合わせずれを検出できるようになる。以上説明したように、本実施形態では、２種の要素成分のロット内レンジのみを監視しているにもかかわらず、より高い確率で突発的な重ね合わせずれを検出することができるのである。
【００４０】
図４は、重ね合わせずれが生じたウエーハを含まないロット（ウエーハ２５枚／ロット）における直交度成分のロット内レンジおよびスケーリング成分のロット内レンジを示す図である。また、図５は、重ね合わせずれが生じたウエーハを含むロットにおける直交度成分のロット内レンジ並びにスケーリング成分のロット内レンジを示す図である。図４（ａ）および図５（ａ）において、縦軸は配列誤差の直交度成分に対応し、横軸はロット内のウエーハ番号に対応している。また、図４（ｂ）および図５（ｂ）において、縦軸は配列誤差のスケーリング成分に対応し、横軸はロット内のウエーハ番号に対応している。
【００４１】
なお、図４および図５において、直交度成分は、図２（ａ）に示すように、ウエーハ１４上に設定された直交座標系のＹ軸と直線Ｌとの成す角１７（時計回りの方向が正、単位：μｒａｄ）により示している。また、スケーリング成分は、設計配列１０におけるショット一辺の長さを基準とした伸縮割合（拡大方向が正、単位：ｐｐｍ）により示している。なお、図４（ｂ）および図５（ｂ）では、ウエーハ１４上に設定された直交座標系のＸ軸方向の伸縮割合を実線で示し、Ｙ軸方向の伸縮割合を破線で示している。
【００４２】
図４および図５から、重ね合わせずれが生じたウエーハを含まないロット（図４）では、直交度成分のロット内レンジＲｏ、およびスケーリング成分のロット内レンジＲｓは、非常に小さい、すなわちウエーハ間で直交度成分とスケーリング成分の変動が小さいことが理解できる。図４の事例では、直交度成分ロット内レンジＲｏが０．５８μｒａｄである。また、スケーリング成分ロット内レンジＲｓは、Ｘ軸方向が０．２６ｐｐｍ、Ｙ軸方向が０．２９ｐｐｍである。当該ロットに属する各ウエーハを露光する際には、図４に示した直交度成分およびスケーリング成分、並びにこれらと同時に取得されたオフセット成分およびローテーション成分に基づいて、露光装置２が自動的に補正を行っている。当該ロット内の全ウエーハの重ね合わせ精度を計測したところ、全ウエーハの重ね合わせ精度は規格内（突発的な重ね合わせずれ無）であった。
【００４３】
一方、重ね合わせずれが生じたウエーハを含むロット（図５）では、直交度成分のロット内レンジＲｏ、およびスケーリング成分のロット内レンジＲｓが比較的大きいことが理解できる。図５の事例では、直交度成分ロット内レンジＲｏが１．７８μｒａｄである。また、スケーリング成分ロット内レンジＲｓは、Ｘ軸方向が０．６７ｐｐｍ、Ｙ軸方向が１．１５ｐｐｍである。当該ロットに属する各ウエーハを露光する際には、図５に示した直交度成分およびスケーリング成分、並びにこれらと同時に取得されたオフセット成分およびローテーション成分に基づいて、露光装置２が自動的に補正を行っている。当該ロット内の全ウエーハの重ね合わせ精度を計測したところ、ウエーハ番号８のウエーハの重ね合わせ精度が規格外（突発的な重ね合わせずれ有）であった。
【００４４】
このように、同一ロット内のウエーハでは、下層レイヤのショット配列が正常に取得された場合、直交度成分ロット内レンジＲｏおよびスケーリング成分ロット内レンジＲｓは、図４に示すように安定する。しかしながら、露光装置２のハードウエア等の何らかの原因により下層レイヤのショット配列が突発的に誤って取得された場合、直交度成分ロット内レンジＲｏおよびスケーリング成分ロット内レンジＲｓが通常よりも大きくなる。このため、直交度成分ロット内レンジＲｏおよびスケーリング成分ロット内レンジＲｓに対して規格値を設定することにより、突発的に重ね合わせずれが生じたウエーハを含むロットを、露光工程において検出することができる。なお、当該規格値は、使用する露光装置の形式等により異なるため、全ての露光装置に対して同一の値を使用することはできない。図４および図５に示した事例の場合、図４に示したロットが平均的なロット内レンジであるので、直交度成分ロット内レンジの規格値Ｒａを１μｒａｄとし、スケーリング成分ロット内レンジの規格値Ｒｂを１ｐｐｍとすることにより、突発的に重ね合わせずれが生じたウエーハを含むロットを検出することができる。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の露光システムおよび露光方法によれば、突発的に生ずるパターン間の重ね合わせずれを、露光工程において検出することができる。また、露光装置がアライメントを行うために従来から取得している要素成分のロット内レンジを評価判定するという簡単な方法で検出することができる。このため、露光工程のスループットを低下させることなく、突発的な重ね合わせずれを確実に検出することができる。
【００４６】
また、本実施形態によれば、露光工程において重ね合わせずれを検出することができるので、重ね合わせずれが生じたウエーハに対して再処理を行うことができる。さらに、ロット内で突発的な重ね合わせずれが生じたとき、判定部４の出力信号Ｊに応じて、露光装置２の露光制御部２４が露光装置２を停止する構成とすれば、装置診断を実施することが可能となり、装置トラブルの早期発見が可能となる。加えて、突発的な重ね合わせずれを生じた不良ロットが以降の工程に進行することをいち早く回避することもできる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、要素成分のロット内レンジにより露光処理異常を検出するため、要素成分ごとに規格値を設定し重ね合わせずれを検出する方式に比べてより単純な処理により確実に露光処理異常を検出することができる。
【００４８】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、露光装置２、比較部３、および判定部４を別体とした露光システムの事例を説明したが、比較部と判定部との一方または双方が露光装置に設けられてもよく、その配置は特に限定されない。また、上記実施形態では、ロット内のウエーハの露光処理が完了した時点で、要素成分の変動幅を算出して判定を行う事例を説明したが、各ウエーハの露光処理において配列誤差が計測される都度、変動幅を算出して判定を行う構成を採用することもできる。さらに、上記実施形態では、判定部が、まず、直交度成分のロット内レンジの比較結果を検知し、その後スケーリング成分のロット内レンジの比較結果を検出する事例を説明したが、両者の順序が逆転、あるいは、同時に行われてもよいことはいうまでもない。
【００４９】
さらに、上記では、特に好ましい形態として、直交度成分およびスケーリング成分のロット内レンジのみにより、重ね合わせずれの有無を判定したが、他の要素成分の組み合わせを採用してもよい。また、各要素成分に対して規格値を設定し、要素成分ごとに判定を行うことを制限するものでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明は、露光工程のスループットを低下させることなく、ロット内で突発的に重ね合わせずれ生じたウエーハを露光工程において検出できるという効果を有し、露光システムおよび露光方法として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の一実施形態における露光システムを示す概略ブロック図
【図２】配列誤差の要素成分を示す概略図
【図３】本発明の一実施形態における露光処理を示すフロー図
【図４】直交度成分およびスケーリング成分のロット内データを示す図
【図５】直交度成分およびスケーリング成分のロット内データを示す図
【符号の説明】
【００５２】
１  露光システム
２  露光装置
３、４  比較部
５  判定部
６  記憶部
１４  ウエーハ
３１  直交度成分比較部
３２  スケーリング成分比較部
Ｒｏ  直交度成分のロット内レンジ
Ｒｓ  スケーリング成分のロット内レンジ
Ｒａ  直交度成分のロット内レンジ規格値
Ｒｂ  スケーリング成分のロット内レンジ規格値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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